СВЧ-ПРИБОР М-ТИПА Советский патент 2008 года по МПК H01J25/50 H01J25/34 

Предлагаемое изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано при разработке мощных СВЧ-приборов М-типа.

Известны конструкции мощных импульсных приборов СВЧ М-типа, в которых анод образован системой трубок, каждая из которых снабжена накладкой, обращенной к катоду (см. пат. США №3.219.882 по кл.315-39.3). По трубкам протекает охлаждающая жидкость, обеспечивающая отвод от анода мощности, выделяемой при бомбардировке его электронами.

В процессе работы, несмотря на жидкостное охлаждение, те части анода, которые подвержены электронной бомбардировке, разрушаются. Это является одной из основных причин снижения долговечности СВЧ-прибора. В приборах с накладками на трубках анода основная часть электронов осаждается на накладках. С целью замедления процесса разрушения накладки ее поверхность, обращенную к катоду, защищают слоем тугоплавкого металла, который в меньшей степени, чем медь, подвержен электронной эрозии а также оптимизируют профиль накладки (см. описание изобретения к авт. свид. №1840435).

Однако в приборах с высокими значениями импульсной мощности такая защита является недостаточной для обеспечения требуемых в настоящее время значений долговечности.

Объясняется это тем, что в СВЧ-приборах М-типа с высоким значением импульсной мощности амплитуда ВЧ-потенциала анодной системы становится близкой к величине анодного напряжения. В этих условиях увеличивается радиальная составляющая скоростей электронов, в результате чего существенная часть электронов залетает в зазор между соседними накладками и бомбардирует трубки со стороны, противоположной катоду. Дрейф таких электронов схематически представлен на фиг.1, а возможность этого подтверждена расчетами (см. Dombrowski G., Ruden J. Zagresignal colculation of amplitron performance. M.W.Pros. of the 4^th Cong. On MW tube. Scheweningen. Holland, 3-7 sept., 1962, CJD, p. 133-135). Одновременно с увеличением числа электронов, залетающих в щели между накладками, при увеличении мощности прибора растет энергия электронов, а следовательно, и энергия их бомбардировки. Таким образом, значение мощности, выделяемой электронами при их бомбардировке тыльной части трубок анодной системы, увеличивается весьма интенсивно с ростом уровня выходной мощности. В маломощных СВЧ-приборах и приборах средней мощности мощность бомбардировки тыльных сторон трубок незначительна.

Анализ вышедших из строя в процессе длительной работы амплитронов (порядка 100 часов) подтвердил наличие на трубках со стороны, противоположной катоду, следов разрушения поверхности при ее бомбардировке электронами.

Целью изобретения является увеличение долговечности мощных импульсных СВЧ-приборов М-типа.

Эта цель достигается тем, что мощный импульсный СВЧ-прибор М-типа имеет цилиндрический катод, и анод, образованный системой трубок и двойными связками в средней плоскости, каждая трубка имеет накладку со стороны, обращенной к катоду и имеющей слой из тугоплавкого металла, а со стороны, противоположной катоду, имеет защитные кольцевые секторы, наружняя поверхность которых имеет слой тугоплавкого металла, например вольфрама. Эти секторы смещены по высоте трубки так, что находятся напротив связки, неприпаянной к данной трубке.

В приборе такой конструкции предотвращается разрушение бугелей со стороны, противоположной накладке, и следовательно, он будет иметь большую долговечность.

На фиг.2 представлена конструкция СВЧ-усилителя М-типа с бугельной замедляющей системой, а на фиг.3 - трубка анода с припаянным к ним сектором и связками. Прибор М-типа имеет катод 1 и концентрично ему расположенный анод 2, образованный системой трубок 3 с припаянными к ним накладками 4. Катод 1 и поверхность накладок, обращенная к катоду, образуют пространство взаимодействия 5. Трубки 3 через одну соединены между собой двойными связками 6, размещенными в средней части трубок 3. К каждой трубке 3 со стороны, противоположной катоду 1, припаян кольцевой сектор 7, выполненный из тугоплавкого металла, устойчивого к электронной бомбардировке.

Наличие кольцевого сектора 7 на трубке 3, защищающего трубку полностью, способствует достижению цели изобретения, но обусловливает увеличение емкости между соседними трубками, а также емкости между трубками 3 и связкой 6. Поэтому возможно ухудшение электродинамических характеристик анодной системы, в частности уменьшается величина сопротивления связи. Из этих соображений кольцевой сектор следует выполнять тонкостенным и минимальной высоты. Проведенные расчеты и анализ проработавших длительное время амплитронов показали, что не вся высота трубки с ее тыльной стороны подвержена электронной эрозии. Следы электронной бомбардировки - в основном, наблюдаются на участках трубок, находящихся под связкой, неприпаянной к данной трубке, и не превышают 25% от высоты трубки. Объясняется это, по-видимому, тем, что возврат электронов к тыльной стороне трубки происходит под влиянием ВЧ-поля, действующего между трубкой и неприпаянной к ней связкой. Из этого следует, что секторы 7 наиболее целесообразно располагать лишь в тех местах, где интенсивность электронной бомбардировки особенно велика, т.е. со смещением по высоте трубок так, чтобы защитить участок трубки, находящийся под связкой, неприпаянной к данной трубке. Толщина сектора определяется возможностями технологии его изготовления и пайки к трубкам анода (см. фиг.3).

Были изготовлены экспериментальные образцы мощных импульсных амплитронов сантиметрового диапазона предлагаемой конструкции. Образцы работали с выходной импульсной мощностью 4 МВт при средней мощности 40 кВт и длительности импульса 50 мкс. Анодное напряжение - порядка 60 кВ. Кольцевой сектор выполнялся двухслойным: внутренний слой - медный, а внешний - вольфрамовый, который наносится на медную основу осаждением из парогазовой фазы. Геометрические размеры сектора: при общей толщине сектора 0,4 мм, толщина вольфрамового слоя составила 0,3 мм; отношение высоты сектора к общей высоте трубки - 21,0%. Пайка кольцевого сектора к трубке осуществлялась одновременно с пайкой накладки. В остальном технология изготовления амплитронов не отличалась от технологии изготовления СВЧ-приборов известной конструкции. Введение кольцевого сектора с указанными размерами не изменило электродинамических параметров СВЧ-приборов М-типа, а долговечность составила 500 ч, в то время как СВЧ-приборы без дополнительной защиты трубок в аналогичных условиях выходили из строя после 100-150 часов работы.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано при разработке мощных СВЧ-приборов М-типа. Технический результат заключается в увеличении долговечности. Для этого устройство содержит катод и анод, образованный системой штырей и двойными связками, подключенными к штырям поочередно, при этом штыри со стороны, противоположной катоду, снабжен кольцевыми секторами, наружная поверхность которых выполнена из тугоплавкого металла. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. СВЧ-прибор М-типа, содержащий катод и анод, образованный системой штырей и двойными связками, подключенными к штырям поочередно, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности, штыри со стороны противоположной катоду, снабжен кольцевыми секторами, наружная поверзность которых выполнена из тугоплавкого металла.2. СВЧ-прибор по п.1, отличающийся тем, что кольцевые секторы размещены по высоте штыря напротив неподключенной к нему связки.